สาเหตุสำคัญที่สุดที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศในรอบวันก็คือ การหมุนรอบตัวเองของโลก ซึ่งทำให้มุมที่แสงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวโลกแตกต่างกันออกไป ในช่วงเวลาเที่ยงวันจึงมีอากาศร้อนที่สุด

เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้น อากาศจะร้อนขึ้นเรื่อยๆ จนร้อนที่สุดในช่วงบ่าย หลังจากนั้นอุณหภูมิจะค่อยๆ ลดลงจนต่ำสุดตอนเช้า เราสามารถวัดอุณหภูมิของอากาศได้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์ อากาศในแต่ละบริเวณจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตั้งแต่ดวงอาทิตย์ขึ้น เนื่องจากพื้นโลกได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ ในขณะเดียวกันพื้นโลกก็คายความร้อนออกมาให้อากาศ

ในตอนกลางคืนพื้นโลกไม่ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ แต่พื้นโลกยังคายความร้อนที่สะสมไว้ให้แก่อากาศ เมื่อพื้นโลกมีอุณหภูมิเท่ากับอากาศจะหยุดการคายความร้อน เป็นช่วงเวลาที่อากาศมีอุณหภูมิคงที่และมีอุณหภูมิต่ำที่สุด

ปัจจัยที่ทำให้อุณหภูมิอากาศในแต่ละสถานที่แตกต่างกัน

พื้นดินและพื้นน้ำ
ดินรับและคายพลังงานความร้อนได้เร็วกว่าน้ำ เมื่อได้รับความร้อนพร้อมกัน พื้นดินจึงมีอุณหภูมิสูงขึ้นเร็วกว่าและมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นน้ำ เมื่อคายความร้อน พื้นดินจะเย็นตัวเร็วกว่าและมีอุณหภูมิต่ำกว่าพื้นน้ำ ในตอนกลางวันพื้นดินจึงมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นน้ำ ทำให้อากาศเหนือพื้นดินมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเหนือพื้นน้ำ และในตอนกลางคืนอากาศเหนือพื้นน้ำก็จะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเหนือพื้นดิน

ระดับความสูงของพื้นที่
ยิ่งสูงขึ้นไปจากระดับน้ำทะเล อุณหภูมิของอากาศจะยิ่งลดต่ำลงด้วยอัตรา 6.5 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตร

เส้นรุ้งหรือละติจูด​
เนื่องจากโลกเป็นทรงกลม ในเวลาเที่ยงวันแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นโลกบริเวณศูนย์สูตรมีลักษณะเป็นมุมชัน แต่บริเวณขั้วโลกมีลักษณะเป็นมุมลาด บริเวณเส้นศูนย์สูตรได้รับความเข้มของแสงมากกว่าทำให้มีอุณหภูมิสูงกว่า

การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์
การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ทำให้พื้นที่โลกบริเวณต่างๆ ได้รับอิทธิพลจากดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน แต่ละประเทศจึงมีภูมิอากาศต่างกันและมีฤดูกาลเปลี่ยนแปลงไปตามการเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ของแกนโลก

ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์
พื้นโลกมีสภาพภูมิประเทศแตกต่างกัน เช่น ป่าไม้ ภูเขา ทะเลทราย ที่ราบ เป็นต้น พื้นโลกบริเวณที่เป็นป่า มีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณที่แห้งแล้งมีต้นไม้น้อย จึงทำให้อากาศในบริเวณที่เป็นป่ามีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศในบริเวณที่แห้งแล้ง ส่วนบริเวณที่เป็นทะเลทรายนั้นจะมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างกลางคืนกับกลางวันมากกว่าที่ราบ

ปริมาณเมฆ
วันที่ท้องฟ้ามีปริมาณเมฆมาก อากาศมีอุณหภูมิต่ำกว่าวันที่ท้องฟ้ามีปริมาณเมฆน้อยกว่า เพราะเมฆทำหน้าที่สะท้อนและดูดกลืนพลังงานจากดวงอาทิตย์ไว้ จึงทำให้ผิวโลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์น้อยลง เมฆช่วยลดอุณหภูมิอากาศในตอนกลางวันและช่วยเพิ่มอุณหภูมิอากาศในตอนกลางคืน

ความสามารถในการสะท้อนแสงของพื้นผิวโลก
พื้นโลกส่วนที่มีสีเข้ม เช่น ป่าไม้ช่วยดูดกลืนพลังงานแสงอาทิตย์ พื้นโลกส่วนที่มีสีอ่อนช่วยสะท้อนพลังงานแสงอาทิตย์